移动传感器网络高效数据收集机制研究

【摘要】：无线传感器网络将互联网从虚拟世界延伸到物理世界,能满足人们对“无处不在”的网络的需求,具有广泛的应用前景。在传统无线传感器网络中,汇聚点(sink点)周围的节点由于需要转发更多的数据常导致能量过早耗尽,容易形成能耗瓶颈。为此,人们提出各种移动性方案使得全网能量消耗在更多的节点之间均衡。根据移动主体的不同,移动传感器网络可以分为sink移动和节点移动两类,二者的应用场景不同,“移动性”在其中所处的地位也不同,研究的主要对象和方法需要区分对待。 本文重点研究了如何利用sink移动性来提升传感器网络的数据收集性能,还研究了节点移动场景中的机会数据收集问题,主要研究贡献和创新性工作包括： (1)提出了一套时延受限传感器网络中sink移动路径优化选择机制。以满足时延要求和最小化网络整体能耗为优化目标,对sink路径选择最优化问题进行数学建模；根据sink移动轨迹选择是否受道路基础设施等限制,分别在轨迹受限和轨迹不受限两种场景下对最优化问题进行分析和建模,提出了一套sink移动轨迹优化选择方法。 (2)给出了一种sink轨迹固定传感器网络中重叠通信时间分配机制。针对两点重叠的简单场景和多点重叠的复杂场景,对基于数据量均衡的重叠时间优化分配问题进行分析和建模,使得来自各传感器节点的传感信息量方差最小,利于从应用层面对所监测信息进行有效评估；设计了基于两阶段的数据通信协议,利用数据采集量扩散机制来控制各节点的信息采集。 (3)针对sink轨迹固定传感器网络,分析了确保全网数据收集量最大化的前提下进一步提升网络性能(全网能耗或网络生存时间)的优化问题并进行建模,设计了相应的传输目的地选择机制和数据传输机制,给出了具有可扩展性的通信协议以支持所提数据收集机制。 (4)从如何延长网络生存时间出发,设计了一种节点移动传感器网络的能量感知机会路由算法。其中定义了反映节点移动速度和剩余能量的综合效用函数,利用效用函数来分配消息交互双方的消息副本个数,避免了在消息副本散布阶段的盲目性,提高了消息传输成功率、传输开销及网络生存时间等方面的性能。